康 銘，孫 巍，姜丕文，徐玉君，韓 旭

(遼寧忠旺集團有限公司， 遼寧 遼陽 111003)

隨著汽車輕量化要求不斷提升，汽車鋁合金零件越來越多，之前使用的鑄鐵件都在慢慢使用鋁合金材料替代，因此對鋁合金壓鑄件的性能要求不斷提高[1]。壓鑄鋁合金具有比強度高、良好的耐蝕、導電導熱及鑄造和加工等性能，相比其他種類鋁合金生產成本更低且可以通過調節(jié)壓鑄金屬元素來改變材料性能，已經被廣泛應用于汽車、通訊電子和航空航天、電器制造、五金產品等領域中[2-4]。壓鑄鋁合金AlSi10MnMg為Al-Si-Mg-Mn系高強韌、可熱處理鑄造鋁合金，具有良好的氣密性可流動性、較高的致密度和強度、較強的耐蝕性，應用廣泛[5]。壓鑄鋁合金在使用過程中離不開焊接，目前壓鑄鋁合金產生焊接氣孔問題非常嚴重，同時尚無實現低氣孔率的焊接。為了實現壓鑄鋁合金的低氣孔率焊接，本文對壓鑄鋁合金AlSi10MnMg焊接氣孔產生原因進行分析，對采用壓鑄鋁合金焊接產生氣孔的防治具有一定的參考價值。

1 試驗材料及步驟

1.1 試驗材料

試驗母材為壓鑄鋁合金AlSi10MnMg、重力鑄造鋁合金A356和擠壓鋁型材6005A，尺寸為150 mm×100 mm×2.5mm，選用直徑為Φ1.2mm的ER5356、ER5183與ER4043鋁合金焊絲，母材和焊材的化學成分如表1所示。

表1 母材與焊材化學成分 (質量分數，%)

1.2 試驗步驟

在大于18℃、濕度小于60%、風速應小于2m/s的焊接環(huán)境下，使用氣動鋼絲碗刷將鋁合金表面打磨出金屬光澤，用酒精清除表面油污等雜質。主要使用福尼斯TPS5000焊機進行MIG對接焊接，坡口尺寸為單面Ⅰ型坡口，使用純度不小于99.99%的氬氣作保護氣體。

焊接氣孔產生的主要原因有工藝參數、焊前母材表面打磨量、焊接環(huán)境、焊絲選擇和焊接母材，針對這些因素分別進行焊接試驗，然后通過目視、滲透、射線、焊縫余高打磨后內部檢驗、低倍和高倍等方法檢測，分析壓鑄鋁合金焊接氣孔形成的原因。

2 試驗結果及分析

選擇ER5356焊絲在不同工藝參數下進行對接與堆焊試驗，工藝參數如表2所示。焊接試驗后對焊縫進行目視、滲透、焊縫余高打磨后內部檢驗，檢驗結果如圖1和圖2所示；由結果可見，不同工藝參數下的壓鑄鋁合金焊縫均存在大量氣孔缺陷，氣孔尺寸相對較大。

表2 工藝參數

鋁合金在焊接時，焊接接頭產生的氣孔種類主要是氫氣孔。氫氣孔產生的原因是焊接時，焊接材料和焊接接頭處母材在高溫下熔化形成熔池，由于這些熔化金屬形成的熔池溫度極高，氫的溶解度隨溫度急劇升高，從而熔池內會溶入大量的氫。當電弧離去時，熔池溫度迅速下降，這時氫的溶解度隨溫度下降急劇減小，就會有大量的氫溢出，但由于鋁結晶速度較塊，并且鋁合金密度小，形成的氣泡在熔池中受到的浮力較小，上浮速度慢，熔池結晶結束后，還會有許多氣泡來不及浮出，滯留在焊縫中形成氣孔。

在鋁合金焊接時氫氣主要可通過焊接環(huán)境、保護氣體純度、焊接母材、焊絲選擇和焊接工藝參數制定等途徑進入焊縫，通過分析壓鑄鋁合金在采用多組焊接工藝參數進行試驗后均存在氣孔缺陷，可排除焊接工藝參數影響。因此將針對其它因素開展以下相關試驗，具體如下。

2.1 焊前母材表面打磨量

為了確定焊前母材表面打磨量是否是導致焊縫產生氣孔的原因，對壓鑄鋁合金按表3打磨量進行焊接，工藝參數為，MIG焊接，填充材料ER5356，焊接電流80A～100A，焊接速度8mm/s～12mm/s，保護氣體流量18L/min～22L/min。

對焊縫進行目視、滲透和低倍檢測，如圖3所示，壓鑄鋁合金不同打磨量焊后均存在氣孔缺陷，說明焊前母材表面打磨量對壓鑄鋁合金焊接氣孔的影響不大。

表3 母材表面打磨量

2.2 不同焊絲

采用ER4043和ER5183焊絲進行試驗，選擇不同工藝參數進行焊接，MIG焊接，填充材料分別為ER4043和ER5183，焊接電流60A～80A，焊接速度8mm/s～12mm/s，保護氣體流量18L/min～22L/min。經過目視、滲透、焊縫余高打磨后內部檢驗，檢驗結果如圖4所示，發(fā)現兩種焊絲在不同工藝參數下，與采用ER5356焊絲一樣，壓鑄鋁合金焊縫均存在氣孔缺陷，結果說明不同焊絲不會避免焊縫氣孔產生。

為進一步確認焊絲是否是導致焊縫產生氣孔的原因，進行了壓鑄鋁合金TIG自熔焊接試驗，工藝參數如表4所示，焊后質量如圖5所示，發(fā)現采用不同焊接電流進行焊接，焊縫均存在大量氣孔，因此說明是否使用焊絲對壓鑄鋁合金焊接氣孔影響也不大。

表4 工藝參數

2.3 焊接母材試驗

為確定焊接母材是否是焊接氣孔產生的原因，選擇擠壓型材6005A和重力鑄造鋁合金進行對比試驗，在相同的焊接環(huán)境，使用相同的焊接設備和焊接方式，進行焊接試驗，具體如下：進行6005A型材對接焊接、6005A型材+壓鑄鋁合金對接焊和重力鑄造鋁合金對接焊，與壓鑄鋁合金對接焊進行對比；工藝參數為，MIG焊接，焊絲ER5356，焊接電流70A～100A，焊接速度8mm/s～12mm/s，保護氣體流量18L/min～22L/min。

由圖6分析，進行目視和余高打磨后的內部檢驗，壓鑄鋁合金對接焊縫存在大量氣孔；型材對接無氣孔；壓鑄鋁合金與型材對接存在氣孔，但氣孔均偏向壓鑄鋁合金一側。由圖7分析，進行目視、滲透、射線和低倍檢測，重力鑄造鋁合金的焊縫雖存在氣孔，但尺寸較小可判定為合格氣孔。由此說明壓鑄鋁合金母材可焊性較差，是產生焊接氣孔的主要原因。

2.4 氫含量檢測

由于鋁的焊縫氣孔主要成分是氫氣，焊接過程中氫氣的主要三大載體為保護氣體、母材及焊絲[6]。根據上述試驗結果表明，焊接試驗均采用相同的保護氣體，同時選擇不同的焊絲，但焊接氣孔仍存在，因此影響本次試驗焊接氣孔的氫氣主要來源于壓鑄鋁合金母材氫含量。

為了明確壓鑄鋁合金氫含量，選擇本次試驗用料壓鑄鋁合金、擠壓型材、重力鑄造鋁合金進行了氫含量檢測，檢測標準按照Q/6S 2453-2010執(zhí)行，檢測結果如表5所示，表明壓鑄鋁合金氫含量遠高于擠壓型材與重力鑄造鋁合金。

表5 試驗參數

3 結論

(1)在相同的焊接環(huán)境下，改變焊接工藝參數、焊前母材表面打磨量、焊絲選擇等其它焊接因素不是壓鑄鋁合金產生焊接氣孔的主要原因，主要取決于壓鑄鋁合金母材。

(2)壓鑄鋁合金母材本身氫含量高于重力鑄造鋁合金和擠壓鋁合金，其焊接氣孔傾向遠大于重力鑄造鋁合金及擠壓鋁合金，是焊接氣孔形成的主要原因。

(3)鋁合金焊接氣孔傾向程度主要取決于母材氫含量，隨著母材氫含量的增大，氣孔傾向增大。